结构与操作原理
三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn
两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集
极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出
npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，
和 二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中
性的p型区和n型区隔开。
图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。
三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类，这里
我们先讨论最常 用的所谓”正向活性区”(forward active)，在此区EB极间的pn接
面维持在正向偏压，而BC极间的pn接面则在反向偏压，通常 用作放大器的三极管
都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。 EB接面的空乏
区由于在正向偏压会变窄，载体 看到的位障变小，射极的电洞会注入到基极，基
极的电子也会注入到射极；而BC接面的耗尽区则会变宽，载体看到的位障变大，
故本身是不 导通的。图2(b)画的是没外加偏压，和偏压在正向活性区两种情形
下，电洞和电子的电位能的分布图。
三极管和两个反向相接的pn二极 管有什么差别呢？其间{zd0}的不同部分就在
于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例，
射极的电洞注入 基极的n型中性区，马上被多数载体电子包围遮蔽，然后朝集电极
方向扩散，同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时，
会 被此区内的电场加速扫入集电极，电洞在集电极中为多数载体，很快藉由漂移电流
到达连结外部的欧姆接点，形成集电极电流IC。 IC的大小和BC间反向偏压的大小
关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec，与由基极注入
射极的电子流 InB? E（这部分是三极管作用不需要的部分）。 InB? E在射极与与电
洞复合，即InB? E=IErec。 pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地
在图3(a)中看出。
图2 (a)一pnp三极管偏压在正向活性区；(b)没外加偏压，和偏压在正向
活性区两种情形下，电洞和电子的电位能的分布图比较。
图3 (a) pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类；(b)电洞电位能分布及
注入的情形；(c)电子的电位能分布及注入的情形。
一般三极管设计时，射极的掺杂浓度较基极的高许多，如此由射极注入基极
的射极主要载体电洞（也就是基极的少数载体）IpE? B电流会比由基极注入射极
的载体电子电流InB? E大很多，三极管的效益比较高。图3(b)和(c)个别画出电洞
和电子的电位能分 布及载体注入的情形。同时如果基极中性区的宽度WB愈窄，
电洞通过基极的时间愈短，被多数载体电子复合的机率愈低，到达集电极的有效电
洞 流IpE? C愈大，基极必须提供的复合电子流也降低，三极管的效益也就愈高。
集电极的掺杂通常{zd1}，如此可增大CB极的崩溃电压，并减小BC 间反向偏压的
pn接面的反向饱和电流，这里我们忽略这个反向饱和电流。
由图4(a)，我们可以把各种电流的关系写下来：
射 极电流IE=IpE? B+ IErec = IpE? B+ InB? E =IpE? C+ IBrec + InB? E (1a)
基极电流IB= InB? E + IBrec= IErec + IBrec (1b)
集电极电流IC =IpE? C= IE - IErec - IBrec= IE - IB (1c)
式1c也可以写成
IE = IC + IB
射极注入基极的电洞流大小是由EB接面间的正向偏压大小来控制，和二极
体的情形类似，在启动电压附近，微小的偏压变化，即可造成很大的注入电流 变
化。更xx的说，三极管是利用VEB（或VBE）的变化 来控制IC，而且提供之IB远
比IC小。npn三极管的操作原理和pnp三极管是一样的，只是偏压方向，电流方
向均相反，电子和电洞 的角色互易。pnp三极管是利用VEB控制由射极经基极、
入射到集电极的电洞，而npn三极管则是利用VBE控 制由射极经基极、入射到集电极
的电子，图4是二者的比较。
经过上面讨论可以看出，三极管的效益可以由在正向活性区时，射极电流中
有 多少比例可以到达集电极看出，这个比例习惯性定义作希腊字母α
图4 pnp三极管与npn三极管在正向活性区的比较。
而且a一定小于1。效益高的三极 管，a可以比0.99大，也就是只有小于1%的射极
电流在基极与射极内与基极的主要载体复合，超过99%的射极电流到达集电极！
了解 正向活性区的工作原理后，三极管在其他偏压方式的工作情形就很容易理
解了。表1列出三极管四种工作方式的名称及对应之BE和BC之pn接面偏压 方
式。反向活性区(reverse active)是将原来之集电极用作射极，原来的射极当作集电极，
但由于原来集电极之掺杂浓度较 基极低，正向偏压时由原基极注入到原集电极之载体
远较原集电极注入基极的多，效益很差，也就是说和正向活性区相比，提供相同的
基极电 流，能够开关控制的集电极电流较少，a较小。在饱和区(saturation)，两个
接面都是正向偏压，射极和集电极同时将载体注入基极，基极 因此堆积很多少数载
体，基极复合电流大增，而且射极和集电极的电流抵销，被控制的电流量减小。在
截止区(cut off)，BE和BC接面均不导通，各极间只有很小的反向饱和电流，三
极间可视作开路，也就是开关在关的状态。
表中同时列出了四种工作方式的主要用途。 三极管在数字电路中的用途其实
就是开关，利用电信 号使三极管在正向活性区（或饱和区）与截止区间切换，就
开关而言，对应开与关的状态，就数字电路而言则代表0与1（或1与0）两个
二 进位数字。若三极管一直维持偏压在正向活性区，在射极与基极间微小的电信
号（可以是电压或电流）变化，会造成射极与集电极间电流相对上很大的变 化，故
可用作信号放大器。下面在介绍完三极管的电流电压特性后，会再仔细讨论三极管
的用途。
